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怎么使用pandas模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化操作？

穩(wěn)走感情路 2021-08-11 12:01:20 瀏覽數(shù) (3754)
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數(shù)據(jù)標準化操作是指將數(shù)據(jù)按比例縮放，使之落入一個小的特定區(qū)間。這樣的操作在機器學習中是比較常用的。在python中我們可以使用pandas模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化，那么怎么使用pandas模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化呢？接下來這篇文章告訴你。


如下所示：

3σ 原則 (u-3*σ ,u+3*σ )
離差標準化 (x-min)/(max-min)
標準差標準化 (x-u)/σ
小數(shù)定標標準化

x/10**k

k=np.ceil(log10(max(|x|)))

1.3σ原則

u 均值

σ 標準差

正太分布的數(shù)據(jù)基本都分布在（u-3σ,u+3σ）范圍內(nèi)

其他的數(shù)據(jù)

import pandas as pd
import numpy as np
def three_sigma(se):
    """
    自實現(xiàn)3σ原則，進行數(shù)據(jù)過濾
    :param se:傳進來的series結構數(shù)據(jù)
    :return:去除異常值之后的series數(shù)據(jù)
    """
    bool_id=((se.mean()-3*se.std())<se) & (se<(se.mean()+3*se.std()))
    print(bool_id)
    return se[bool_id]
 
#加載數(shù)據(jù)
detail=pd.read_excel('./meal_order_detail.xlsx')
#進行異常值處理
res=three_sigma(detail['amounts'])
print(detail.shape)
print(res.shape)

2.離差標準化

(x-min)/(max-min)
import pandas as pd
import numpy as np
 
def minmax_sca(data):
    """
    離差標準化
    param data:傳入的數(shù)據(jù)
    return:標準化之后的數(shù)據(jù)
    """
    new_data=(data-data.min())/(data.max()-data.min())
    return new_data
 
#加載數(shù)據(jù)
detail=pd.read_excel('./meal_order_detail.xlsx')
res=minmax_sca(detail[['amounts','counts']])
print(res)
data=res
bool_id=data.loc[:,'count']==1
print(data.loc[bool_id],'counts')

3.標準差標準化

(x-u)/σ

異常值對標準差標準化的影響不大

轉化之后的數(shù)據(jù)--->均值0 標準差1

import pandas as pd
import numpy as np
def stand_sca(data):
    """
    標準差標準化
    :param data:傳入的數(shù)據(jù)
    :return:標準化之后的數(shù)據(jù)
    """
    new_data=(data-data.mean())/data.std()
    return new_data
 
#加載數(shù)據(jù)
detail=pd.read_excel('./meal_order_detail.xlsx')
res=stand_sca(detail[['amounts','counts']])
print(res)
print('res的均值：',res.mean())
print('res的標準差：',res.std())

4.小數(shù)定標標準化

x/(10^k)
k=math.ceil(log10(max(|x|)))

以10為底，x的絕對值的最大值的對數(shù) 最后進行向上取整

import pandas as pd
import numpy as np
def deci_sca(data):
    """
    自實現(xiàn)小數(shù)定標標準化
    :param data: 傳入的數(shù)據(jù)
    :return: 標準化之后的數(shù)據(jù)
    """
    new_data=data/(10**(np.ceil(np.log10(data.abs().max()))))
    return new_data
#加載數(shù)據(jù)
detail = pd.read_excel('./meal_order_detail.xlsx')
res = deci_sca(detail[['amounts', 'counts']])
print(res)

補充：pandas數(shù)據(jù)處理基礎之標準化與標簽數(shù)值化

fit(): Method calculates the parameters μ and σ and saves them as internal objects.

解釋：簡單來說，就是求得訓練集X的均值，方差，最大值，最小值,這些訓練集X固有的屬性。

transform(): Method using these calculated parameters apply the transformation to a particular dataset.

解釋：在fit的基礎上，進行標準化，降維，歸一化等操作（看具體用的是哪個工具，如PCA，StandardScaler等）。

fit_transform(): joins the fit() and transform() method for transformation of dataset.

解釋：fit_transform是fit和transform的組合，既包括了訓練又包含了轉換。 transform()和fit_transform()二者的功能都是對數(shù)據(jù)進行某種統(tǒng)一處理（比如標準化~N(0,1)，將數(shù)據(jù)縮放(映射)到某個固定區(qū)間，歸一化，正則化等）

fit_transform(trainData)對部分數(shù)據(jù)先擬合fit，找到該part的整體指標，如均值、方差、最大值最小值等等（根據(jù)具體轉換的目的），然后對該trainData進行轉換transform，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標準化、歸一化等等。

Note:

必須先用fit_transform(trainData)，之后再transform(testData)

如果直接transform(testData)，程序會報錯

如果fit_transfrom(trainData)后，使用fit_transform(testData)而不transform(testData)，雖然也能歸一化，但是兩個結果不是在同一個“標準”下的，具有明顯差異。(一定要避免這種情況)

注意：StandardScaler().fit_transform(x，fit_params),fit_params決定標準化的標簽數(shù)據(jù)，就是每個標準化的標桿數(shù)據(jù)，此參數(shù)不同，則每次標準化的過程則不同。

from sklearn import preprocessing
# 獲取數(shù)據(jù)
cols = ['OverallQual','GrLivArea', 'GarageCars','TotalBsmtSF', 'FullBath', 'TotRmsAbvGrd', 'YearBuilt'] ##選取列
x = data_train[cols].values
y = data_train['SalePrice'].values  
x_scaled = preprocessing.StandardScaler().fit_transform(x) ##進行歸一化
y_scaled = preprocessing.StandardScaler().fit_transform(y.reshape(-1,1))##先將y轉換成一列，再進行歸一

還有以下形式，和上面的標準化原理一致，都是先fit，再transform。

由ss決定標準化進程的獨特性

# 先將數(shù)據(jù)標準化
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
ss = StandardScaler() ##
#用測試集訓練并標準化
ss.fit(missing_age_X_train)##首先fit
missing_age_X_train = ss.transform(missing_age_X_train) #進行transform
missing_age_X_test = ss.transform(missing_age_X_test)

標簽數(shù)值化

1.當某列數(shù)據(jù)不是數(shù)值型數(shù)據(jù)時，將難以標準化，此時要將數(shù)據(jù)轉化成數(shù)據(jù)型形式。

數(shù)據(jù)處理前數(shù)據(jù)顯示：

標簽數(shù)值化

經(jīng)過標簽化數(shù)據(jù)處理

from sklearn import preprocessing
f_names = ['CentralAir', 'Neighborhood'] ##需要處理的數(shù)據(jù)標簽 
for x in f_names:
    label = preprocessing.LabelEncoder()
    data_train[x] = label.fit_transform(data_train[x]) ##數(shù)據(jù)標準化

處理之后變成：

處理后

2.當某列有對應的標簽值時，即某個量對應相應確定的標簽時，例如oldtown就對應1，sawyer就對應2，分類的str轉換為序列類這時使用如下：

數(shù)據(jù)處理之前

處理前

利用轉換:

title_mapping = {"Mr": 1, "Miss": 2, "Mrs": 3, "Master": 4, "Rare": 5}#將標簽對應數(shù)值
train_df['Title'] = train_df['Title'].map(title_mapping)#處理數(shù)據(jù)
train_df['Title'] = train_df['Title'].fillna(0)##將其余標簽填充為0值

處理過后：

處理后

3.多個數(shù)據(jù)標簽需要分列采用one_hot形式時，處理之前

處理之后

train_test.loc[train_test["Age"].isnull() ,"age_nan"] = 1 ##將標簽轉換成1
train_test.loc[train_test["Age"].notnull() ,"age_nan"] = 0##將此標簽成為0
train_test = pd.get_dummies(train_test,columns=['age_nan']) ##columns決定哪幾行分列處理，prefix參數(shù)是每列前綴

處理之后

one_hot 形式轉變成功。

以上就是怎么使用pandas模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持W3Cschool。


Python

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